(57)【要約】    【課題】  罫書き手段をワークの表面形状に追従させて罫書き手段とワークの罫書き部位との間隔を常に略一定に維持し、正確かつ確実に罫書き作業を行えるようにする。    【解決手段】  上下方向の軸廻りに回転自在なワーク取り付け装置14と、支持アーム8 の先端に横軸10廻りに角度変更可能に設けられ且つワーク取り付け装置14に装着されたワークW に対して前後方向、左右方向及び上下方向に相対的に移動自在なヘッド11とを備え、ヘッド11に、ワークW に罫書き線を記入する非接触式の罫書き手段12と、ワークW の寸法測定、及びワークW の罫書き部位と罫書き手段12との間の間隔測定を兼用する非接触式の測定手段13とを設け、ヘッド11を各方向に相対的に移動させるモータ4,7,9 を設け、ワークW の罫書き時に罫書き部位と罫書き手段12との間隔が略一定となるようにヘッド11をワークW に対して遠近方向に移動させるべくモータ4,7,9 を制御するモータ制御手段80を設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向の軸廻りに回転自在なワーク取り付け装置(14)と、支持アーム(8) の先端に横軸(10)廻りに角度変更可能に設けられ且つ前記ワーク取り付け装置(14)に装着されたワーク(W) に対して前後方向、左右方向及び上下方向に相対的に移動自在なヘッド(11)とを備え、前記ヘッド(11)に、前記ワーク(W) に罫書き線を記入する非接触式の罫書き手段(12)と、前記ワーク(W) の寸法測定、及び該ワーク(W) の罫書き部位と前記罫書き手段(12)との間の間隔測定を兼用する非接触式の測定手段(13)とを設け、前記ヘッド(11)を前記各方向に相対的に移動させるモータ(4)(7)(9) を設け、前記ワーク(W) の罫書き時に罫書き部位と前記罫書き手段(12)との間隔が略一定となるように前記ヘッド(11)を前記ワーク(W) に対して遠近方向に移動させるべく前記モータ(4)(7)(9) を制御するモータ制御手段(80)を設け、前記罫書き手段(12)は前記ワーク(W) の表面に塗布された塗料を変色させて前記罫書き線を入れるレーザー式であり、前記測定手段(13)はレーザー反射式の変位計であることを特徴とするワーク罫書き装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造品、鍛造品等のワークを機械加工前に罫書く際に使用するワーク罫書き装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳造品、鍛造品等のワークを機械加工する場合、その前作業としてワークの寸法を測定し、所要箇所に罫書き線を入れる必要がある。この罫書き作業は、従来、熟練者の手作業により行われていたが、作業が非常に煩わしく、高度の熟練を要すると共に、作業能率が著しく低下すると言う問題がある。
【０００３】
そこで、近時では、寸法測定手段及び罫書き手段を備えたヘッドを三次元方向に移動自在に設け、このヘッドをワークに対して相対的に移動させて、寸法の測定から罫書き線を入れるまでの一連の動作を行うようにした自動罫書き装置が考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
罫書き作業の自動化を図る場合、罫書き手段の構成如何が罫書き精度を決定し確保する上で非常に重要になる。即ち、罫書き手段としては、インクジェット、レーザー光等を利用してワークの表面に接触せずに罫書き線を入れて行く非接触式のもの、又は罫書き子をワークの表面に接触させ機械的振動、電気的抵抗等を利用して罫書き線を入れて行く接触式のものが考えられる。
【０００５】
しかし、接触式、非接触式を問わず、ワークに実際に罫書き線を入れるには、ワークの表面形状に罫書き手段を追従させて、罫書き手段とワークの罫書き部位との間隔を常に略一定に保つ必要がある。何故なら、例えばインクジェットを利用した非接触式の場合、インクジェットの到達距離の問題があり、ワークまでの飛距離が大になれば、罫書き線の位置がずれたり罫書き線の太さが大になる等の問題が生じるためである。
【０００６】
また罫書き子の機械的振動でワークの表面に罫書き線を刻み込む場合、或いは罫書き子とワークとの接触部分の電気的抵抗を利用して熱変化を加えて罫書き線を入れる場合等の接触式のものでは、その接触圧の大小が罫書き線の太さに影響し、かつ罫書き手段にかかる摩擦抵抗が大きく変動して円滑な線引きが困難になるためである。従って、罫書き手段とワークの罫書き部位との間隔は、常に略一定にする必要がある。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑み、罫書き手段をワークの表面形状に追従させて罫書き手段とワークの罫書き部位との間隔を常に略一定に維持し、正確かつ確実に罫書き作業を行うことのできるワーク罫書き装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るワーク罫書き装置は、上下方向の軸廻りに回転自在なワーク取り付け装置14と、支持アーム8 の先端に横軸10廻りに角度変更可能に設けられ且つ前記ワーク取り付け装置14に装着されたワークＷに対して前後方向、左右方向及び上下方向に相対的に移動自在なヘッド11とを備え、前記ヘッド11に、前記ワークＷに罫書き線を記入する非接触式の罫書き手段12と、前記ワークＷの寸法測定、及び該ワークＷの罫書き部位と前記罫書き手段12との間の間隔測定を兼用する非接触式の測定手段13とを設け、前記ヘッド11を前記各方向に相対的に移動させるモータ4,7,9 を設け、前記ワークＷの罫書き時に罫書き部位と前記罫書き手段12との間隔が略一定となるように前記ヘッド11を前記ワークＷに対して遠近方向に移動させるべく前記モータ4,7,9 を制御するモータ制御手段80を設け、前記罫書き手段12は前記ワークＷの表面に塗布された塗料を変色させて前記罫書き線を入れるレーザー式であり、前記測定手段13はレーザー反射式の変位計である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、罫書き手段12をワークＷの罫書き部位の表面形状に追従させて、罫書き手段12とワークＷの罫書き部位との間隔を常に略一定に制御でき、正確かつ確実に罫書き作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ワークＷの罫書き作業時には、モータ4,7,9 を作動させて非接触式の罫書き手段12を、ワーク取付装置14に装着されたワークＷに対して前後方向、左右方向及び基準平面に垂直な上下方向に相対的に移動させて行き、罫書き手段12によってワークＷの表面に罫書き線を入れる。この時、非接触式の測定手段13で罫書き手段12とワークＷの罫書き部位との間隔を測定し、モータ制御手段80により前記モータ4,7,9 を制御して罫書き手段12をワークＷに対して遠近方向に移動させるので、罫書き手段12がワークＷの罫書き部位の表面形状に沿って追従し、両者の間隔を常に略一定に維持する。従って、罫書き手段12の如何を問わず、常に一定の罫書き精度を得ることができる。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。図３及び図４において、1 は上面が基準平面となる定盤で、この定盤1 上に前後方向のガイドレール2 が装着されている。3 は摺動台で、この摺動台3 はガイドレール2 により前後方向（以下Ｘ軸方向と言う）に摺動自在に支持案内され、かつＸ軸モータ4 の正逆転によりボール・スクリュウ等を介してＸ軸方向に往復移動自在になっている。
【００１２】
5 は摺動台3 上に定盤1 に対して垂直となるように立設された支柱で、この支柱5 に昇降台6 が上下方向（以下Ｚ軸方向と言う）に摺動自在に支持案内されている。昇降台6 はＺ軸モータ7 を有し、このＺ軸モータ7 の正逆転によりボール・スクリュウ等を介してＺ軸方向に往復移動自在である。
【００１３】
8 は左右方向の支持アームで、昇降台6 に左右方向（以下Ｙ軸方向と言う）に摺動自在に支持されており、Ｙ軸モータ9 の正逆転によりＹ軸方向に往復移動自在である。支持アーム8 の先端には、該支持アーム8 の軸心廻りと横軸10廻りとに角度変更可能にヘッド11が枢着され、このヘッド11に罫書き手段12と測定手段13とが取り付けられている。従って、罫書き手段12及び測定手段13は、ヘッド11を横軸10廻りに角度変更することにより所要方向に向けて角度設定が可能であると共に、摺動台3 、昇降台6 及び支持アーム8 等の移動により、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に往復移動自在である。
【００１４】
14はワーク取付装置で、図５及び図６に示すように、受け台15、回転台16、ワーク取付台17、傾き調整手段18等を備え、ガイドレール2 の側方で定盤1 上に配置されている。受け台15は定盤1 上に固定されており、この受け台15の上面には、リング状の軸受保持部19と、その中央部の突起部20とが同心状に形成されている。回転台16は有底円筒状の本体21と、この本体21の上端開口部に装着された受け板22とから構成され、本体21の底部下面に形成されたリング状の軸受保持部23とその外周の軸受24とを介して、受け台15の軸受保持部19によりＺ軸方向の軸心廻りに回転自在に支持されている。
【００１５】
本体21の底部上面には、減速機25付きの回転モータ26が中央部に下向きに取付けられ、その出力軸26a が受け台15の突起部20に連結されている。従って、回転台16は回転モータ26の正逆転によりＺ軸方向の軸心廻りに低速で正逆転自在である。ワーク取付台17は回転台16の受け板22と略同一径の円板状であって、このワーク取付台17上に、ワークＷを着脱自在に取り付ける２個のＶブロック27,28 が設けられている。
【００１６】
傾き調整手段18は、ワーク取付台17を任意の方向に上下調整するためのもので、回転台16の受け板22とワーク取付台17との間に介在されている。この傾き調整手段18は、一直線上にない三点、例えば正三角形の各頂点位置に配置された前支持部29と、左右一対の後支持部30,31 とを備え、三点でワーク取付台17を下側から支持するように構成されている。
【００１７】
前支持部29は、受け板22上の台座32及びワーク取付台17に装着された上下一対の球面支持体33,34 と、この各球面支持体33,34 に相対回動自在に套嵌されかつ上下に当接する上下一対の球面受体と、この球面受体の外側に螺着された筒体35とから構成されており、球面支持体33,34 と球面受体との間に許容される相対回動範囲内で、後支持部30,31 の上下動により生じるワーク取付台17の傾きと水平方向の相対移動とを許すようになっている。
【００１８】
各後支持部30,31 は、受け板22上に固定された４本のガイド棒36,37 に上下摺動自在に案内される雌螺子体38,39 と、この雌螺子体38,39 に螺合された螺子軸40,41 と、雌螺子体38,39 の上面に装着された二又ブラケット42,43 、二又ブラケット42,43 に支軸44,45 を介して枢着された球面継手46,47 とを備え、その球面継手46,47 はワーク取付台17の下側に装着されている。各螺子軸40,41 は減速機48,49 を介して上下調整モータ50,51 の出力軸に連動連結されており、この上下調整モータ50,51 の正逆転により縦軸心廻りに正逆駆動されるようになっている。
【００１９】
後支持部30は支軸44が前後方向に、後支持部31は支軸45が左右方向に夫々向けられている。また後支持部30は球面継手46が支軸44の軸心方向に殆ど移動しないように二又ブラケット42に嵌合されているのに対し、後支持部31は球面継手47が支軸45の軸心方向に移動できるように二又ブラケット43に嵌合されている。従って、後支持部30側ではワーク取付台17の上下方向の調整と、それに伴う面の傾斜の調整のみが可能であるのに対し、後支持部31側では更にワーク取付台17の左右の傾斜に伴う左右方向の移動を許容するようになっている。
【００２０】
罫書き手段12はワークＷの表面に罫書き線を入れるためのもので、図２の(A)(B)に示す如く、噴射ノズル52の先端からヘッド11で設定された所要方向にインクa を噴射するインク噴射器53により構成されている。測定手段13はワークＷの寸法測定と、ワークＷの罫書き部位と罫書き手段12との間の間隔測定とを兼用するもので、図２の(A)(B)に示すように、ワークＷの表面にレーザ光b を発射し、その反射光c を受光するレーザ式変位計54により構成されている。
【００２１】
レーザ式変位計54は、レーザ光b の反射点d が噴射ノズル52から噴射されるインクa の着点e の近傍に位置するように、若干傾斜して設けられている。なお、レーザ光b の反射点d はインクa の着点e から若干離し、インクa からの反射ノイズを少なくしている。
【００２２】
レーザ式変位計54は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換器79を介して、モータ制御手段80を構成するパーソナルコンピュータ81の位置演算手段82及びパス演算手段83に接続されており、レーザ式変位計54で測定した間隔が位置設定手段84で設定された間隔と略一定となるように、ＸＹＺ軸選択手段85を介して、対応する各モータ4,7,9 を夫々制御するようになっている。
【００２３】
なお、図１において、86はワーク取付装置14用の調整量演算手段、87は姿勢選択手段である。88はＸ軸モータ4 に連動するＸ軸位置読取手段、89はＺ軸モータ7 に連動するＺ軸位置読取手段、90はＹ軸モータ9 に連動するＹ軸位置読取手段、91は回転モータ26に連動する回転位置読取手段、92,93 は上下調整モータ50,51 に連動する上下位置読取手段である。
【００２４】
上記構成の罫書き装置を用いてワークＷの罫書き作業を行う場合には、次のようにする。先ずＶブロック27,28 によりワークＷをワーク取付装置14のワーク取付台17上に取り付けた後、ワークＷが所定の姿勢となるようにワーク取付装置14を調整する。
【００２５】
この場合、位置設定手段84で主要点の位置と順番・方向等を設定し、位置演算手段82を介してパス演算手段83によりパスを演算した後、ＸＹＺ軸選択手段85を介して各モータ4,7,9 を作動させ、これらモータ4,7,9 の正逆転によりヘッド11の測定手段13を所定方向に移動させて行き、その主要点でレーザ式変位計54からワークＷの表面にレーザ光b を照射する。そして、その各点でのヘッド11のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の位置を各位置読取手段88,89,90で読み取り、この位置信号とＡ／Ｄ変換器79からの測定信号とから位置演算手段82でその座標値を得る。
【００２６】
次に、これらの座標値に基づいて位置演算手段82により設定された条件から調整量演算手段86でワーク取付装置14の各部の調整量を演算し、姿勢選択手段87を介して各モータ26,50,51を作動させ、その正逆転によりワークＷの姿勢を調整する。この時、各位置読取手段91,92,93で各モータ26,50,51による調整量を読み取りながら、位置演算手段82で調整後の各点の位置を補正し、それに基づいて、再度、ＸＹＺ軸選択手段85を介して各モータ4,7,9 を作動させて、新位置での測定を行う。これを繰り返してワークＷが所定の姿勢となるようにワーク取付装置14を調整する。
【００２７】
次に罫書き手段12とワークＷの罫書き部位との間の間隔、罫書き線の始点、終点、折曲点等を位置演算手段82により設定して、実際の罫書き作業に移る。即ち、前記間隔、罫書き線の始点、終点、折曲点等を設定しておくと、位置演算手段82を介してパス演算手段83がパス位置を演算し、ＸＹＺ軸選択手段85を介して各モータ4,7,9 を作動させるので、このモータ4,7,9 の正逆転によりヘッド11が所定方向に移動し、罫書き手段12によりワークＷの罫書き部位の表面に罫書き線を記入して行く。例えば、ワークＷの上側を罫書く場合であれば、ヘッド11を下向きにセットした後、Ｘ軸モータ4 によりレール2 に沿って摺動台3 をＸ軸方向に移動させて行く。
【００２８】
この時、罫書き手段12を構成するインク噴射器53のインク飛距離は、12mm程度が最適であるとするならば、位置設定手段84によりその間隔12mmを設定しておく。すると測定手段13のレーザ式変位計54がレーザ光b を発射しその反射光c を受光して、インク噴射器53とワークＷの罫書き部位との間の間隔を測定しながら、ヘッド11、即ち罫書き手段12及び測定手段13がＸ軸方向へと移動する。従って、罫書き手段12とワークＷの罫書き部位との間の間隔が設定値から大又は小に変化すれば、位置演算手段82がその測定信号を設定値と比較し、Ｚ軸モータ7 を正逆転させて間隔を調整する。
【００２９】
例えば、ワークＷの表面形状等によって間隔が大になれば、位置演算手段82からの逆転指令がＸＹＺ軸選択手段85を経てＺ軸モータ7 に送られ、Ｚ軸モータ7 が逆転する。これによって昇降台6 が支柱5 に沿ってＺ軸方向に下降するので、支持アーム8 を介して昇降台6 に装着されたヘッド11、罫書き手段12、測定手段13が下がり、ワークＷの罫書き部位との間隔が小さくなる。そして、罫書き手段12とワークＷの罫書き部位との間の間隔が小さくなり、設定値と測定値とが一致すれば、位置演算手段82からの逆転指令が止まりＺ軸モータ7 が停止する。
【００３０】
従って、罫書き手段12がワークＷの表面形状に自動的に追従し、罫書き手段12とワークＷの罫書き部位との間隔を常に略一定に保つことができるので、インク噴射器53の噴射ノズル52から噴射されるインクa の飛距離が略一定で安定することになり、ワークＷの表面に略一定太さの罫書き線を入れることができる。
【００３１】
なお、インク噴射器53を使用する場合、ワークＷの表面に直接インクa を噴射しても良いが、ワークＷ側に、インクの硬化、定着を促進させる塗料等を予め塗布しておいても良い。また非接触式の罫書き手段12としては、レーザー光発生器を用い、そのレーザ光のエネルギーによりワークＷの表面に塗布した塗料を変色させて罫書き線を入れるようにしても良い。
【００３２】
罫書き手段12及び測定手段13は、図７の(A)(B)、又は図８の(A)(B)に示すように配置しても良い。即ち、図７の(A)(B)は、測定手段13をワークＷの表面に対して垂直に設け、罫書き手段12を若干傾斜させて設けたものである。また図８の(A)(B)は、罫書き手段12と測定手段13とを共にワークＷの表面に対して垂直に設けたものである。
【００３３】
なお、非接触式の測定手段13としては、レーザ式変位計54の他に、静電容量式、超音波式のもの等がある。この非接触式の測定手段13は、或る範囲内の位置に対して、連続したアナログ信号を出力するので、Ａ／Ｄ変換器79でＡ／Ｄ変換して単位を合わせれば、ヘッド11の位置座標の読み取り値にその測定値を加算することにより、測定のスピードアップを図ることができる。
【００３４】
上記各実施例では、罫書き手段12として非接触式のものを例示したが、図９ないし図１１に示すように、ワークＷに直接接触させる接触式のものを用いても良い。
【００３５】
図９は機構的振動を利用した罫書き手段12を例示する。この罫書き手段12は電磁型の起振装置60の先端に保持筒61を介して棒状の罫書き子62が装着されたものであって、起振装置60により罫書き子62をその軸心方向に振動させて、罫書き子62の機械的振動によりワークＷの表面に直接罫書き線を刻み込むようになっている。
【００３６】
起振装置60は取付台63に装着されると共に、摺動ベアリング64を介してレール65により罫書き子62の軸心方向に摺動自在に支持案内され、かつバネ78によりワークＷ側に突出するように付勢されている。またレール65等を含むヘッド11側には、取付台63の位置を検出する２個の近接スイッチ66,67 が所定の間隔をおいて取り付けられている。
【００３７】
この近接スイッチ66,67 は測定手段13を構成するものであって、罫書き子62を所定圧力でワークＷに接触させて罫書き作業を行う際に、近接スイッチ66が取付台63を検出するまでヘッド11をワークＷ側に接近させ、また近接スイッチ67が取付台63を検出した時に、ヘッド11をワークＷから離す方向に移動させるように、モータ制御手段80に接続されている。
【００３８】
図１０は先端が鋭利な針状の罫書き子69で直接ワークＷの表面に罫書き線を入れるようにした罫書き手段12を例示する。罫書き子69はヘッド11側の保持筒70内に軸心方向に摺動自在に挿入され、バネ71によりワークＷ側に突出するように付勢されている。そして、測定手段13を構成する近接スイッチ66,67 が、罫書き子69の後端側に対応してヘッド11側に取り付けられている。
【００３９】
図１１は電気抵抗を利用した罫書き手段12を例示する。この罫書き手段12は、良導体から成る罫書き子72を経てワークＷに電流を流し、罫書き子72とワークＷとの接触部にジュール熱を発生させ、そのジュール熱によってワークＷの表面を変色させることにより罫書き線を入れるようになっている。
【００４０】
罫書き子72はセラミック等の絶縁材から成る支持棒74を介して保持筒75により軸心方向に摺動自在に支持され、バネ76によりワークＷ側に突出するように付勢されている。また支持棒74には罫書き子72と反対側に金属製の被検出棒77が設けられ、これを検出するように２個の近接スイッチ66,67 がヘッド11側に取り付けられている。
【００４１】
これらの図９ないし図１1 に示す場合にも、測定手段13を構成する近接スイッチ66,67 からの信号により、モータ制御手段80を介してヘッド11を罫書き子62,69,72の軸心方向に移動させるように、対応するモータをオン・オフ制御すれば、罫書き手段12がワークＷの表面形状に追従するので、ワークＷに対する罫書き子62,69,72の接触圧力を略一定に保つことができ、略一定太さで安定した罫書き線を円滑に記入することができる。
【００４２】
また図９ないし図１1 に示す場合には、罫書き子62,69,72自体がその軸心方向に移動可能であるため、ＸＹＺ軸方向のみならず、更に１軸を含んだ傾斜面に沿った罫書き作業も行える利点がある。なお、近接スイッチ66,67 に代えて差動トランス、或いはパルスエンコーダ等を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一実施例を示す罫書き手段及び測定手段の正面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図３】本発明の一実施例を示す全体の正面図である。
【図４】本発明の一実施例を示す全体の側面図である。
【図５】本発明の一実施例を示すワーク取付装置の正面断面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ矢視図である。
【図７】（Ａ）は本発明の他の実施例を示す罫書き手段及び測定手段の正面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の更に他の実施例を示す罫書き手段及び測定手段の正面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図９】本発明の別の実施例を示す接触式の罫書き手段及の側面図である。
【図１０】本発明の更に別の実施例を示す接触式の罫書き手段及び測定手段の構成図である。
【図１１】本発明の更に別の実施例を示す接触式の罫書き手段及び測定手段の構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｗ  ワーク
4  Ｘ軸モータ
7  Ｙ軸モータ
9  Ｚ軸モータ
12  罫書き手段
13  測定手段
14  ワーク取付装置
62  罫書き子
69  罫書き子
72  罫書き子
80  モータ制御手段
82  位置演算手段
84  位置設定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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